14. Кристаллизация метал.Лов. Физическая природа кристаллизации. Свободная энергия системы. Равновесная t. Степень переохлажд..

Кристаллизация – это переход жидкости в тв. (К) состояние. Как всякий спонтанный процесс, кристаллизация протекает при термодинамических условиях, обеспечивающих снижение энергии Гиббса системы.

Переход метал.ла из жидкого или парообразного состояния в тв. с образованием К структуры наз. первичной кристаллизацией.

Образование новых кристаллов в тв. кристаллическом в-ве наз. вторичной кристаллизацией. Процесс кристаллизации состоит из двух одновременно идущих процессов – зарождения и роста кристаллов. Кристаллы могут зарождаться самопроизвольно – самопроизвольная кристаллизация – или расти на имеющихся готовых центрах кристаллизации – несамопроизвольная кристаллизация.

Скорость каждого из процессов (зарождения и роста кристаллов) зависит от степени переохлажд. (n) жидкости относительно равновесной t, т.е t, при которой энергии Гиббса жидкого и кристаллического состояния равны.

15. Зависимость параметров кристаллизации от степени переохлажд.. Кривые Таммана.

Скорость каждого из процессов (зарождения и роста кристаллов) зависит от степени переохлажд. (n) жидкости относительно равновесной t, т.е t, при которой энергии Гиббса жидкого и кристаллического состояния равны. Приn=0 образование зародышей кристаллов (центров кристаллизации) невозможно, поскольку равен нулю движущий фактор процесса (разность энергий Гиббса жидкого и тв. состояний). С увеличением переохлажд. эта разность растет, вызывая увеличение скорости возник.новения центров (Числа центров – ч.ц.) и скорости роста кристаллов (с.к.). Однако, с увеличениемnснижается дифф. подвижность атомов, что вызывает торможение обоих элементарных процессов. При значительном переохлажд. атомы становятся столь малоподвижными, что кристаллизация полностью подавляется.

При небольших знач.х n(при малых величинах ч.ц. и больших с.к.) образуются крупнозернистые структуры. С увеличением переохлажд. структуры измельчаются (ч.ц. возрастает быстрее, чем с.к.).

От степени переохлажд. зависит критический размер зародыша, т.е такой минимальный размер, при котором рост зародыша сопровождается снижением энергии Гиббса системы. Зародыши мельче критического к росту не способны и растворяются в жидкости. Чем больше степень переохлажд. жидкости, тем мельче критическая величина зародыша.

На кривой охлажд. полученной при кристаллизации метал.ла в момент появления 1-го кристалла в жидкости t стабилизировалась. Площадка на кривой охлажд. имеет место до тех пор, пока последняя капля жидкости не исчезнет. Последующее охлажд. осуществляется уже в тв. состоянии за счет конвективного теплообмена.

Кривая 1 имеет t T_S, однако в реальных условиях для протекания процесса кристаллизации метал.л необходимо переохладить ниже T_S. T_кр - фактическая t. T_S - T_К - переохлажд..

Появление площадки на кривой охлажд. обусловлено тем, что в момент появления первых кристаллов выделяется скрытая теплота кристаллизации, которая и компенсирует охлажд..